脈沖電壓對變頻牽引電機(jī)絕緣老化的影響機(jī)理研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速交流傳動(dòng)系統(tǒng)在牽引機(jī)車中得到廣泛應(yīng)用。但采用該系統(tǒng)后，逆變器輸出的PWM(脈沖寬度調(diào)制)高壓方波脈沖的上升沿很陡、頻率很高，導(dǎo)致在PWM脈沖電壓下牽引電機(jī)絕緣過早失效。傳統(tǒng)交流電機(jī)絕緣設(shè)計(jì)方法和理論已不完全適用于變頻調(diào)速電機(jī)，因此對變頻電機(jī)絕緣技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究迫在眉睫。已報(bào)道的研究成果大多以散繞組變頻電機(jī)為研究對象，對成型繞組變頻電機(jī)的研究很少。本論文在總結(jié)國內(nèi)外變頻電機(jī)絕緣技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，以影響

2、變頻牽引電機(jī)絕緣老化的兩個(gè)主要因素：局部放電(PD)和空間電荷為具體的研究對象，詳細(xì)地研究了變頻牽引電機(jī)絕緣的局部放電和空間電荷的行為及機(jī)理，老化特征及表征參量等。通過這些研究，將極大地促進(jìn)變頻條件下絕緣老化和擊穿理論的發(fā)展，使變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用前景更加廣泛。 設(shè)計(jì)了一種新的脈沖電壓下局部放電測量系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)分析軟件。采用高頻響應(yīng)特性較好的NiZn鐵芯材料，采用小波包算法來分解傳感器輸出信號，從而去除脈沖電壓快速上升和下降過程所帶來

3、的干擾，提取出脈沖電壓下的局部放電信號。根據(jù)工頻電壓下局部放電分析方法，通過時(shí)間開窗和統(tǒng)計(jì)，使用專用的脈沖電壓下局部放電分析軟件可得到脈沖電壓下的各種放電譜圖，以便更深入分析脈沖電壓下的局部放電行為和機(jī)理。 對脈沖電壓下的空間電荷測量方法、影響因素進(jìn)行了討論，并研究了脈沖電壓波形參數(shù)對空間電荷行為的影響。設(shè)計(jì)了基于電聲脈沖法的空間電荷分布直接測量系統(tǒng)和熱刺激電流測量系統(tǒng)。討論了陷阱參數(shù)的計(jì)算方法，對比了高斯擬合和動(dòng)力學(xué)方程擬合對

4、活化能計(jì)算的影響。對不同脈沖頻率老化對絕緣微觀結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了討論，聚酰亞胺膜的壽命主要與高溫峰的活化能和電荷量有關(guān)，低溫峰的活化能和電荷量對試樣的壽命影響不大，脈沖電壓下，活化能可能隨老化程度加劇而減小。根據(jù)空間電荷測量結(jié)果，分析了不同的脈沖頻率、電壓幅值、電壓極性、脈沖電壓上升時(shí)間和絕緣層數(shù)對空間電荷行為的影響。 研究了不同參數(shù)的脈沖電壓對納米和非納米聚酰亞胺膜、電機(jī)定子繞組的絞線對試樣的局部放電行為的影響。分析了不同參數(shù)的

5、脈沖電壓對不同絕緣材料的局部放電起始放電電壓(PDIV)、局部放電參量(平均放電量和放電次數(shù))、相位分辨模式的影響，脈沖頻率增加和電壓上升時(shí)間的縮短都會(huì)導(dǎo)致反向電場作用增強(qiáng)，從而導(dǎo)致局部放電行為的差異。此外，通過掃描電鏡(SEM)和局部放電分析結(jié)果，納米膜具有三層結(jié)構(gòu)，表層納米顆粒導(dǎo)致其表面電導(dǎo)率大，能削弱局部放電作用，而且表面的納米顆粒層具有良好的保護(hù)作用，導(dǎo)致放電對絕緣內(nèi)部損傷較小。 為探討高壓方波脈沖下絕緣的加速老化機(jī)理和